CN112327898B - 无人机的井道巡检导航方法、装置和无人机 - Google Patents
无人机的井道巡检导航方法、装置和无人机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112327898B CN112327898B CN202011228810.4A CN202011228810A CN112327898B CN 112327898 B CN112327898 B CN 112327898B CN 202011228810 A CN202011228810 A CN 202011228810A CN 112327898 B CN112327898 B CN 112327898B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aerial vehicle
- unmanned aerial
- vehicle body
- current
- distance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 126
- 238000007689 inspection Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 80
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims abstract description 42
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 35
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 27
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 25
- 206010034719 Personality change Diseases 0.000 claims description 18
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 14
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 13
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 7
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000009429 distress Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000005358 geomagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
- G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
- G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
本申请涉及一种无人机的井道巡检导航方法、装置和无人机。其中，无人机的井道巡检导航方法包括输出上升指令，并在无人机本体处于初始站点的情况下，获取无人机本体的初始位置信息；获取飞行过程中无人机本体的当前位置信息，并处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差；根据位置偏差，修正无人机本体的上升航线；检测到无人机本体根据修正后的上升航线到达下一站点，进入当前站点的点云数据和图像数据的采集流程；并在完成采集流程的情况下，输出起飞指令直至所有上升站点均完成采集流程；起飞指令用于指示无人机本体从当前站点移动至下一站点。通过上述方法可以使得无人机在井道GPS信号弱的情况下，完成自助巡检导航。
Description
技术领域
本申请涉及井道巡检技术领域，特别是涉及一种无人机的井道巡检导航方法、装置和无人机。
背景技术
井道是电梯设备的重要组成部分，它能提供一个封闭的空间，起到隔音减震以及保护电梯安全运行的作用。而无人机作为一种新型信息获取载体，具有灵活性高、操作性强、成本低以及对作业环境要求低等优点，可以利用无人机进行巡检工作。
在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统无人机导航方法在电梯井道内无法实现。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现电梯井道巡检的无人机的井道巡检导航方法、装置和无人机。
为了实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种无人机的井道巡检导航方法，包括步骤：
输出上升指令，并在无人机本体处于初始站点的情况下，获取无人机本体的初始位置信息；
获取飞行过程中无人机本体的当前位置信息，并处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差；
根据位置偏差，修正无人机本体的上升航线；
检测到无人机本体根据修正后的上升航线到达下一站点，进入当前站点的点云数据和图像数据的采集流程；并在完成采集流程的情况下，输出起飞指令直至所有上升站点均完成采集流程；起飞指令用于指示无人机本体从当前站点移动至下一站点。
在其中一个实施例中，当前位置信息包括井道四壁相对于无人机本体的第一当前水平坐标；初始位置信息包括井道四壁相对于无人机本体的第一初始水平坐标；
处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差的步骤包括：
将第一当前水平坐标和第一初始水平坐标的坐标差值，确认为位置偏差。
在其中一个实施例中，处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差的步骤包括：
获取预设时长内的第一当前水平坐标，并根据各第一当前水平坐标得到平均水平坐标；
将平均水平坐标和第一初始水平坐标的坐标差值，确认为位置偏差。
在其中一个实施例中，获取无人机本体的初始位置信息的步骤，包括：
通过激光雷达获取线束光在一个扫描周期中返回的初始距离值和初始扫描角度；
根据初始距离值和初始扫描角度，得到第一初始水平坐标；
获取飞行过程中无人机本体的当前水平位置的步骤，包括：
通过激光雷达获取线束光在一个扫描周期中返回的当前距离值；
通过惯性测量单元获取无人机本体的姿态变化量；姿态变化量包括翻滚角和俯仰角；
根据当前距离值、翻滚角和俯仰角，得到第一当前水平坐标。
在其中一个实施例中，初始位置信息包括无人机本体相对于激光发射装置的第二初始水平坐标；其中，激光发射装置设于井道底坑；
获取无人机本体的初始位置信息的步骤，包括：
获取光电位置传感器传输的初始位置坐标，并将初始位置坐标确认为第二初始水平坐标；其中，光电位置传感器设于无人机本体上；初始位置坐标为无人机本体到达初始站点的情况下，光电位置传感器响应于激光发射装置发出的激光得到。
在其中一个实施例中，当前位置信息包括无人机本体相对于激光发射装置的第二当前水平坐标；
获取飞行过程中无人机本体的当前水平位置的步骤，包括：
获取光电位置传感器传输的当前位置坐标，并通过惯性测量单元获取无人机本体的姿态变化量；姿态变化量包括翻滚角和俯仰角；当前位置坐标为飞行过程中光电位置传感器、响应于激光发射装置发出的激光得到；
获取无人机本体重心与光电位置传感器的感应面的距离值；
处理当前位置坐标、距离值、翻滚角以及俯仰角，得到第二当前水平坐标。
在其中一个实施例中，处理当前位置坐标、距离值、翻滚角以及俯仰角，得到第二当前水平坐标的步骤中，基于以下公式得到第二当前水平坐标：
Xti＝Xt偏－La·cos(arctan(tan2θt+tan2Φt)1/2)·tanθt；
Yti＝Yt偏－La·cos(arctan(tan2θt+tan2Φt)1/2)·tanΦt；
其中，Xti为第二当前水平坐标的横坐标；Yti为第二当前水平坐标的纵坐标；La为距离值；θt为俯仰角；Φt为翻滚角。
在其中一个实施例中，处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差的步骤包括：
将第二当前水平坐标和第二初始水平坐标的坐标差值，确认为位置偏差。
在其中一个实施例中，还包括步骤：
在所有上升站点均完成采集流程的情况下，进入返航流程。
在其中一个实施例中，返航流程包括：
输入下降指令，根据位置偏差，修正无人机本体的下降航线；
检测到无人机本体根据修正后的下降航线到达下一站点，进入当前站点的点云数据和图像数据的采集流程；并在完成采集流程的情况下，输出下降指令直至所有站点均完成采集流程；下降指令用于指示无人机本体从当前站点移动至下一站点；
在所有下降站点均完成采集流程的情况下，进入着陆流程。
在其中一个实施例中，检测到所述无人机本体根据修正后的上升航线到达下一站点的步骤包括：
通过惯性测量单元获取所述无人机本体的姿态变化量；所述姿态变化量包括翻滚角和俯仰角；
获取激光雷达输出的所述无人机本体与底坑的第一距离、所述激光雷达的光束中心到下直角发射棱镜放射面的第二距离以及各摆臂的旋转轴线交汇点到所述光束中心的第三距离；其中，所述下直角发射棱镜和所述激光雷达均设于任一所述摆臂上；所述摆臂设于所述无人机本体，且用于摆动所述激光雷达；
处理所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离、所述翻滚角和所述俯仰角，得到所述无人机本体的当前高度；
若所述当前高度与所述下一站点的高度相同，则确认所述无人机本体根据修正后的上升航线到达所述下一站点。
在其中一个实施例中，处理所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离、翻滚角和俯仰角，得到所述无人机本体的当前高度的步骤中，基于以下公式得到所述当前高度：
Z＝H·cos(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2)±Lb·sin(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2)－(Lc－Lc·cos(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2))；
其中，Z为所述当前高度；θ为所述俯仰角；Φ为所述翻滚角；H为所述第一距离；Lb为所述第二距离；Lc为所述第三距离。
一方面，本发明实施例还提供了一种无人机的井道巡检导航装置，包括：
初始位置信息获取模块，用于输出上升指令，并在无人机本体处于初始站点的情况下，获取无人机本体的初始位置信息；
位置偏差获取模块，用于获取飞行过程中无人机本体的当前位置信息，并处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差；
修正模块，用于根据位置偏差，修正无人机本体的飞行航线；
采集模块，用于检测到无人机本体根据修正后的飞行航线到达下一站点，进入当前站点的点云数据和图像数据的采集过程；并在完成采集过程的情况下，输出起飞指令直至所有站点均完成采集过程；起飞指令用于指示无人机本体从当前站点移动至下一站点。
一方面，本发明实施例还提供了一种无人机，包括无人机本体、设于无人机本体上的存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一项方法的步骤。
在其中一个实施例中，还包括设于无人机本体上的激光雷达、光电位置传感器、惯性测量单元和图像采集设备；
处理器分别连接激光雷达、光电位置传感器、惯性测量单元和图像采集设备。
另一方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一项的方法的步骤。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
本申请提供的无人机的井道巡检导航方法，通过在初始站点中获取初始位置信息，并将在飞行过程中无人机本体的当前位置信息与初始位置信息进行处理，得到位置偏差。根据位置偏差修正无人机本体的上升航线，从而使得无人机能够在井道内能够垂直上升而不碰撞到井道四壁。在无人机本体到达下一站点时，则进入采集流程直至所有站点均完成了采集流程。通过上述方法可以使得无人机在井道GPS信号弱的情况下，完成自助巡检导航。
附图说明
通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。
图1为一个实施例中无人机的井道巡检导航方法的示意性流程示意图；
图2为一个实施例中得到位置偏差的步骤的流程示意图；
图3为一个实施例中获取无人机本体的初始位置信息的步骤流程示意图；
图4为一个实施例中获取飞行过程中无人机本体的当前水平位置的步骤第一流程示意图；
图5为一个实施例中获取飞行过程中无人机本体的当前水平位置的步骤第二流程示意图；
图6为一个实施例中返航流程的流程示意图；
图7为一个实施例中检测到所述无人机本体根据修正后的上升航线到达下一站点的步骤流程示意图；
图8为一个实施例中无人机的井道巡检导航装置的结构框图；
图9为一个实施例中无人机的前视图；
图10为一个实施例中无人机的左视图；
图11为一个实施例中无人机的雷达云台结构三视图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种无人机的井道巡检导航方法，包括步骤：
S110，输出上升指令，并在无人机本体处于初始站点的情况下，获取无人机本体的初始位置信息；
其中，上升指令用于指示无人机本体竖直(垂直)上升飞行。具体的，上升指令可以输出至无人机的螺旋桨电机上。初始站点为无人机本体到达的第一个站点，也即无人机本体还未脱离底坑时的位置。初始位置信息可以作为基准参照，判断其余站点的位置。需要说明的是，各个站点所处的高度不同。站点位置一般根据井道设计图预设设置，可以为各门洞的上下边框、圈梁的上下边框等。初始位置信息可以为本领域任意一种表示位置信息的数据。
具体的，可以通过本领域任意手段检测无人机本体是否到达初始站点。在一个具体示例中，可以通过激光雷达获取无人机本体所处的高度，并根据高度确认无人机本体是否到达初始站点。在另一个实施例中，也可以通过在各个站点设置标识物，通过识别标识物进行确认是否到达初始站点。
需要说明的是，在输出上升指令之前，还需要指示无人机进入初始化及自检步骤。
S120，获取飞行过程中无人机本体的当前位置信息，并处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差；
具体的，无人机本体的当前位置信息可以为在飞行过程中无人机本体的实时位置信息。当前位置信息可以通过本领域任意手段进行获取，例如可以通过激光雷达获取井道四壁的位置，进而得到无人机本体的当前位置信息。激光雷达设于无人机本体上，且井道的每一横截面尺寸是恒定不变的，也即井道的各横截面的长宽高及其相对横截面中心位置的尺寸是恒定不变的。在此基础上，可以根据井道四壁的位置反应无人机本体的当前位置信息。又如：无人机本体上设有光电位置传感器，在井道底坑设有激光发射装置，激光发射装置发出的光束可以被光电位置传感器的感应面接收，并输出相应的位置信息。无人机本体进行移动的情况下，激光发射装置发出的光束被感应面的不同位置接收，输出不同的位置信息。因此，也可以通过光电位置传感器输出的位置信息反应无人机本体的当前位置信息。在一个具体示例中，当前位置信息和初始位置信息均为水平位置信息。
进一步的，可以通过本领域任意手段处理当前位置信息和初始位置信息，得到位置偏差。例如，在用坐标表征当前位置信息和初始位置信息时，可以用X轴坐标差和Y轴坐标差表征位置偏差。又如，可以根据当前位置信息和初始位置信息，得到当前位置和初始位置的距离，可以用距离表征位置偏差。
S130，根据位置偏差，修正无人机本体的上升航线；
具体的，可以通过位置偏差修改上升航线。在一个示例中，若位置偏差大于设定值，调整无人机本体的上升航线以使位置偏差维持在设定值以内。
S140，检测到无人机本体根据修正后的上升航线到达下一站点，进入当前站点的点云数据和图像数据的采集流程；并在完成采集流程的情况下，输出起飞指令直至所有上升站点均完成采集流程；起飞指令用于指示无人机本体从当前站点移动至下一站点。
其中，点云数据可以包括当前站点的几何位置和颜色信息。
具体的，可以通过图像采集设备进行井道站点的图像数据的采集，通过激光雷达采集井道的点云数据。可以通过本领域任意手段检测到无人机本体根据修正后的上升航线是否到达下一站点。需要说明的是，还可以采用在完成采集流程的情况下，输出起飞指令直至距离顶层的距离小于预设距离，也即以离顶层的距离作为巡检结束的条件。
在一个具体示例中，可以通过距离检测传感器直接获取当前高度，在当前高度与下一站点的所处高度相同时，则确认无人机本体根据修正后的上升航线到达下一站点。在另一个具体示例中，检测到所述无人机本体根据修正后的上升航线到达下一站点的步骤包括：通过惯性测量单元获取所述无人机本体的姿态变化量；所述姿态变化量包括翻滚角和俯仰角；获取激光雷达输出的所述无人机本体与底坑的第一距离、所述激光雷达的光束中心到下直角发射棱镜放射面的第二距离以及各摆臂的旋转轴线交汇点到所述光束中心的第三距离；其中，所述下直角发射棱镜和所述激光雷达均设于任一所述摆臂上；所述摆臂设于所述无人机本体，且用于摆动所述激光雷达；处理所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离、所述翻滚角和所述俯仰角，得到所述无人机本体的当前高度；若所述当前高度与所述下一站点的高度相同，则确认所述无人机本体根据修正后的上升航线到达所述下一站点。需要说明的是，处理所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离、翻滚角和俯仰角，得到所述无人机本体的当前高度的步骤中，基于以下公式得到所述当前高度：
Z＝H·cos(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2)±Lb·sin(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2)－(Lc－Lc·cos(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2))；
其中，Z为所述当前高度；θ为所述俯仰角；Φ为所述翻滚角；H为所述第一距离；Lb为所述第二距离；Lc为所述第三距离。
需要说明的是，当前站点的点云数据和图像数据的采集流程可以为本领域任意一种进行点云数据和图像数据的采集流程。在完成采集流程时，则输出起飞指令，用于指示无人机本体移动至下一站点。循环上述从当前站点移动至下一站点的动作，直至所有上升站点均完成所述采集流程。上升站点为上升过程中需要进行采集流程的站点。
上述无人机的井道巡检导航方法，通过在初始站点中获取初始位置信息，并将在飞行过程中无人机本体的当前位置信息与初始位置信息进行处理，得到位置偏差。根据位置偏差修正无人机本体的上升航线，从而使得无人机能够在井道内能够垂直上升而不碰撞到井道四壁。在无人机本体到达下一站点时，则进入采集流程直至所有站点均完成了采集流程。通过上述方法可以使得无人机在井道GPS信号弱的情况下，完成自助巡检导航。
在其中一个实施例中，当前位置信息包括井道四壁相对于无人机本体的第一当前水平坐标；初始位置信息包括井道四壁相对于无人机本体的第一初始水平坐标；
处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差的步骤包括：
将第一当前水平坐标和第一初始水平坐标的坐标差值，确认为位置偏差。
其中，井道四壁相对于无人机本体的第一当前水平坐标，可以以无人机本体作为原点，也可以以其他参照物(如工作起始点)作为原点，其为无人机本体飞行过程中实时水平坐标。井道四壁相对于无人机本体的第一初始水平坐标，可以以无人机本体作为原点，也可以以其他参照物作为原点，其为无人机本体在初始站点时的水平坐标。
具体的，将第一当前水平坐标的X轴坐标与第一初始水平坐标的X轴坐标的坐标差，以及第一当前水平坐标的Y轴坐标与第一初始水平坐标的Y轴坐标的坐标差确认为位置偏差。
在一个实施例中，如图2所示，处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差的步骤包括：
S210，获取预设时长内的第一当前水平坐标，并根据各第一当前水平坐标得到平均水平坐标；
具体的，获取预设时长内的各个第一当前水平坐标，并计算各第一当前水平坐标的平均水平坐标。
S220，将平均水平坐标和第一初始水平坐标的坐标差值，确认为位置偏差。
具体的，将平均水平坐标的X轴坐标与第一初始水平坐标的X轴坐标的坐标差，以及平均水平坐标的Y轴坐标与第一初始水平坐标的Y轴坐标的坐标差确认为位置偏差。
在一个实施例中，如图3所示，获取无人机本体的初始位置信息的步骤，包括：
S310，通过激光雷达获取线束光在一个扫描周期中返回的初始距离值和初始扫描角度；
具体的，在无人机本地位于初始站点时，激光雷达向四周发出线束光，并获取任一条线束光在一个扫描周期中返回的初始距离值和初始扫描角度。
S320，根据初始距离值和初始扫描角度，得到第一初始水平坐标；
具体的，可以通过以下公式得到第一初始水平坐标：
X1i＝r1i·cosεi
Y1i＝r1i·sinεi
其中ri、εi分别为激光雷达各线束光在一个周期扫描中返回的距离值与初始扫描角度值，r1i为初始站点激光雷达线束光在一个周期扫描中返回的初始距离值。
如图4所示，获取飞行过程中无人机本体的当前水平位置的步骤，包括：
S410，通过激光雷达获取线束光在一个扫描周期中返回的当前距离值；
具体的，在无人机本地位于下一站点时，激光雷达向四周发出线束光，并获取任一条线束光在一个扫描周期中返回的当前距离值。
S420，通过惯性测量单元获取无人机本体的姿态变化量；姿态变化量包括翻滚角和俯仰角；
S430，根据当前距离值、翻滚角和俯仰角，得到第一当前水平坐标。
具体的，可以通过以下公式得到第一当前水平坐标：
Xti＝rti·cos(arctan(tan2θt+tan2Φt)1/2)·cosεi
Yti＝rti·cos(arctan(tan2θt+tan2Φt)1/2)·sinεi
其中，rti为第t站激光雷达线束光在一个周期扫描中返回的当前距离值；
θt为第t站无人机本体的俯仰角；Φt为第t站无人机本体的翻滚角。
基于此，位置偏差为：
△Xti＝rti·cos(arctan(tan2θt+tan2Φt)1/2)·cosεi－r1i·cosεi
△Yti＝rti·cos(arctan(tan2θt+tan2Φt)1/2)·sinεi－r1i·sinεi
在一个实施例中，初始位置信息包括无人机本体相对于激光发射装置的第二初始水平坐标；其中，激光发射装置设于井道底坑；
获取无人机本体的初始位置信息的步骤，包括：
获取光电位置传感器传输的初始位置坐标，并将初始位置坐标确认为第二初始水平坐标；其中，光电位置传感器设于无人机本体上；初始位置坐标为无人机本体到达初始站点的情况下，光电位置传感器响应于激光发射装置发出的激光得到。
具体而言，光电位置传感器设于无人机本体上，激光发射装置设于井道底坑；激光发射装置从井道底坑向上发出的光束可以被光电位置传感器的感应面接收，感应面响应于该光束并输出初始位置坐标。在一个具体示例中，可以将初始水平坐标确认为(0,0)，也即将初始位置信息确认为基准坐标。
在其中一个实施例中，当前位置信息包括无人机本体相对于激光发射装置的第二当前水平坐标；
如图5所示，获取飞行过程中无人机本体的当前水平位置的步骤，包括：
S510，获取光电位置传感器传输的当前位置坐标，并通过惯性测量单元获取无人机本体的姿态变化量；姿态变化量包括翻滚角和俯仰角；当前位置坐标为飞行过程中光电位置传感器、响应于激光发射装置发出的激光得到；
具体的，若无人机本体发生移动，则激光照射在光电位置传感器的感应面的不同位置上，因此光电位置传感器传输的当前位置坐标不同。
S520，获取无人机本体重心与光电位置传感器的感应面的距离值；
其中，无人机本体重心与光电位置传感器的感应面的距离值可以为一预设值，通过事先存储在无人机本体的存储器或其他位置，在需要使用时直接调用即可。
S530，处理当前位置坐标、距离值、翻滚角以及俯仰角，得到第二当前水平坐标。
在其中一个实施例中，处理当前位置坐标、距离值、翻滚角以及俯仰角，得到第二当前水平坐标的步骤中，基于以下公式得到第二当前水平坐标：
Xti＝Xt偏－La·cos(arctan(tan2θt+tan2Φt)1/2)·tanθt；
Yti＝Yt偏－La·cos(arctan(tan2θt+tan2Φt)1/2)·tanΦt；
其中，Xti为第二当前水平坐标的横坐标；Yti为第二当前水平坐标的纵坐标；La为距离值；θt为俯仰角；Φt为翻滚角。
需要说明的是，若将第二初始水平坐标作为基准值，也即(0,0)，则上述第二当前水平坐标也即位置偏差。
在一个实施例中，处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差的步骤包括：
将第二当前水平坐标和第二初始水平坐标的坐标差值，确认为位置偏差。
具体的，将第二当前水平坐标的X轴坐标与第二初始水平坐标的X轴坐标的坐标差，以及第二初始水平坐标的Y轴坐标与第二初始水平坐标的Y轴坐标的坐标差确认为位置偏差。
在一个实施例中，还包括步骤：
在所有上升站点均完成采集流程的情况下，进入返航流程。
具体的，返航流程可以为回到起飞点进行着陆。
在一个实施例中，如图6所示，返航流程包括：
S610，输入下降指令，根据位置偏差，修正无人机本体的下降航线；
具体的，在所有上升站点均完成采集流程的情况下，输入下降指令，并根据输出的位置偏差修正无人机本体的下降航线。
S620，检测到无人机本体根据修正后的下降航线到达下一站点，进入当前站点的点云数据和图像数据的采集流程；并在完成采集流程的情况下，输出下降指令直至所有站点均完成采集流程；下降指令用于指示无人机本体从当前站点移动至下一站点；
具体的，可以在下降航线中按照高度顺序对所有站点重新进行采集，以便于校验。更进一步的，也可以在原有站点上新增站点。
S630，在所有下降站点均完成采集流程的情况下，进入着陆流程。
具体的，着陆流程可以为本领域任意一种着陆的流程，在此不做过多限定。
在一个实施例中，如图7所示，检测到所述无人机本体根据修正后的上升航线到达下一站点的步骤包括：
S710，通过惯性测量单元获取所述无人机本体的姿态变化量；所述姿态变化量包括翻滚角和俯仰角；
具体的，惯性测量单元可以采用9轴MEMS惯性测量单元，包括三轴陀螺仪、三轴加速计、三轴磁场计。
S720，获取激光雷达输出的所述无人机本体与底坑的第一距离、所述激光雷达的光束中心到下直角发射棱镜放射面的第二距离以及各摆臂的旋转轴线交汇点到所述光束中心的第三距离；其中，所述下直角发射棱镜和所述激光雷达均设于任一所述摆臂上；所述摆臂设于所述无人机本体，且用于摆动所述激光雷达；
具体的，激光雷达的下直角发射棱镜可以将激光雷达的光束反射到井道的底坑，可以测量无人机相对于底坑的高度。更进一步的，还设有上直角发射棱镜，上直角发射棱镜可以将激光雷达的光束反射到井道的顶部，用于测量无人机本体相对于顶部的高度。各个站点的位置信息可以以底坑为基准，也可以以顶部为基准。
S730，处理所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离、所述翻滚角和所述俯仰角，得到所述无人机本体的当前高度；
具体的，处理所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离、翻滚角和俯仰角，得到所述无人机本体的当前高度的步骤中，基于以下公式得到所述当前高度：
Z＝H·cos(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2)±Lb·sin(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2)－(Lc－Lc·cos(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2))；
其中，Z为所述当前高度；θ为所述俯仰角；Φ为所述翻滚角；H为所述第一距离；Lb为所述第二距离；Lc为所述第三距离。
S740，若所述当前高度与所述下一站点的高度相同，则确认所述无人机本体根据修正后的上升航线到达所述下一站点。
具体的，若无人机的所处的当前高度与下一站点的高度相同，则确认无人机本体到达了下一站点。
应该理解的是，虽然图1-7的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-7中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图8所示，提供了一种无人机的井道巡检导航装置，包括：
初始位置信息获取模块，用于输出上升指令，并在无人机本体处于初始站点的情况下，获取无人机本体的初始位置信息；
位置偏差获取模块，用于获取飞行过程中无人机本体的当前位置信息，并处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差；
修正模块，用于根据位置偏差，修正无人机本体的飞行航线；
采集模块，用于检测到无人机本体根据修正后的飞行航线到达下一站点，进入当前站点的点云数据和图像数据的采集过程；并在完成采集过程的情况下，输出起飞指令直至所有站点均完成采集过程；起飞指令用于指示无人机本体从当前站点移动至下一站点。
在一个实施例中，位置偏差获取模块还包括：
第一位置偏差获取模块，用于将第一当前水平坐标和第一初始水平坐标的坐标差值，确认为位置偏差。
在一个实施例中，位置偏差获取模块还包括：
第二位置偏差获取模块，用于获取预设时长内的第一当前水平坐标，并根据各第一当前水平坐标得到平均水平坐标；将平均水平坐标和第一初始水平坐标的坐标差值，确认为位置偏差。
关于无人机的井道巡检导航装置的具体限定可以参见上文中对于无人机的井道巡检导航方法的限定，在此不再赘述。上述无人机的井道巡检导航装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种无人机，包括无人机本体、设于无人机本体上的存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一项方法的步骤。
在其中一个实施例中，还包括设于无人机本体上的激光雷达、光电位置传感器、惯性测量单元和图像采集设备；
处理器分别连接激光雷达、光电位置传感器、惯性测量单元和图像采集设备。
具体的，图像采集设备可以为相机；光电位置传感器用于接收设于底坑的激光发射装置的激光并输出位置信息。
为了进一步说明本申请的无人机，下面特结合一具体示例进行进一步说明：
无人机包括螺旋桨1、无人机本体2、固定式起落架3、上发射直角棱镜4、下发射直角棱镜5、二维激光雷达6、雷达云台7、HDR相机8、相机云台9、IMU模块10、机载处理器11、电源12、无线图传与通信模块13、SOS模块14、RC模块15(无图)、16激光对准***。主要结构见图9、10、11。
无人机总体布局尽可能保证无人机的重心位于几何中心位置。
两个上\下直角发射棱镜4\5同激光雷达6一样装在云台7中的摆臂7d上，与雷达相对位置始终保持一致，其将二维激光雷达6的一小部分光束，反射到到井道的顶部\底坑，用于测量无人机相对顶面的高度\底坑的高度。
二维激光雷达6固定于云台7中的摆臂7d上，调整其重心通过两个摆臂电机的轴心。初始状况下，工作起始点，激光雷达中心调整与无人机重心Z轴方向重合。
雷达云台7是安装在无人机底板上用来挂载激光雷达6的机械构架，其主要由升降装置7a、支架7b、摆臂7c、摆臂7d组成。升降装置7a使支架7b垂直升降，微调云台上下高度。摆臂7c可绕支架7b左右旋转，摆臂7d可绕摆臂7c前后旋转，每个轴心都安有电机。雷达6安装在摆臂7d上随之摆动。
相机云台9安装在无人机顶部上用来挂HDR相机8的机械架构，其主要由旋转柱9a、支架9b、摆臂9c、摆臂式相机安装卡槽9d组成。支架9b可绕旋转柱9a中心旋转，以便相机同一水平面360度无死角拍摄。摆臂9c绕支架9b左右旋转，摆臂式相机安装卡槽9d绕摆臂9c前后旋转，每个轴心都安有电机。HDR相机8安装在摆臂式相机安装卡槽9d上随之摆动。
IMU模块(也即上述惯性测量单元)10采用9轴MEMS惯性测量单元(三轴陀螺仪、三轴加速计、三轴磁场计)，能够输出三轴加速度、三轴转速度和三轴地磁场强度，能够无漂移输出翻滚角Φ、俯仰角θ与偏航角Ψ，并且采用抗振陀螺仪设计。
SOS模块14通过红色信号闪烁灯及超声波在紧急情况下发出求救信号。
RC模块15用于紧急情况下由操作人员夺回无人机的控制权，人工控制无人机控制运行与作业或SOS模块13发出求救信号时，人工控制将无人机带到地面。
激光对准***16，包括激光发射装置16a、光电位置传感器装置16b。光电位置传感器可以采用面阵CCD。激光发射装置16a装在井道底坑内。光电位置传感器装置16b装在激光雷达上，其靶心同激光雷达重心一致调整与无人机重心Z轴方向重合。同激光雷达6一样随雷达云台7的摆动，与雷达6相对位置始终保持一致。
为了进一步说明本申请的无人机井道巡检导航方法，下面特结合一具体示例进行进一步说明：
步骤一：建立坐标系
建立无人机机体坐标系Bcoor。将无人机水平摆放在井道底坑中心位置稳定放置后且调整激光发射装置16a激光束对准光电位置传感器装置16b光斑中心位置。以无人机重心(设计无人机时尽可能无人机几何中心与重心重合)为原点，在无人机平面内，以IMU(也即上述惯性测量单元)输出的三轴加速度中的X方向定义为无人机机体坐标系的X轴正向，在无人机平面内逆时针旋转90°为Y轴正向，垂直无人机平面向上的方向定义为Z轴正向。
建立一个一工作起始为原点的世界坐标系Gcoor。将无人机机体坐标系Bcoor作垂直方向平移到底坑平面为无人机工作的世界坐标系Gcoor O0(0,0,0)。此时激光雷达中心在世界坐标系的坐标为O1(0,0,Z1)(Z1为工作起始点激光雷达到到井道的底坑的高度)，无人机机体坐标系Bcoor在世界坐标系的坐标为O无(0,0,ZB)(ZB为工作起始点无人机重心到到井道的底坑的高度)。坐标系及导航相关参数见图9、图10、图11。
步骤二：初始化工作
打开电源，开始初始化工作及无人机自检工作。
步骤三：第一站工作站数据采集
工作起始点，激光雷达中心在世界坐标系的坐标为O1(0,0,Z1)时进行第一站数据采集。同时光电位置传感器记录该位置相对处于激光光斑初始位置的偏差值(0，0)。
且激光雷达数据X1i＝r1i·cosεi，Y1i＝r1i·sinεi。其中ri、εi分别为激光雷达各线束光在一个周期扫描中返回的距离值与扫描角度值，r1i为第一站(也即初始站点)激光雷达各线束光在一个周期扫描中返回的距离值。第一站采集数据的高度尺寸为Z1。
步骤四：第一站数据采集完毕后飞行过程中的航线定位
当无人机发生位移时，IMU模块10输出翻滚角Φt、俯仰角θt与偏航角Ψt(所有角度逆时针转为正)，激光雷达扫描仪输出到底坑的高度为Ht，光电位置传感器装置16b输出(Xt偏，Yt偏)，激光雷达扫描井道四壁的轮廓相对位置变化。
1)水平方向的定位采用方法一：
激光雷达扫描井道四壁的轮廓相对位置变来确定无人机是否偏离航线。
在扫描匹配过程中，比较激光雷达采集的数据点与第一站激光雷达采集的井道四壁数据点坐标相对偏差值，或其一段时间内数据帧的集合的平均值与第一站数据相对偏差值。
△Xti＝rti·cos(arctan(tan2θt+tan2Φt)1/2)·cosεi－r1i·cosεi
△Yti＝rti·cos(arctan(tan2θt+tan2Φt)1/2)·sinεi－r1i·sinεi
2)水平方向的定位采用方法二：
△Xti＝Xt偏－La·cos(arctan(tan2θt+tan2Φt)1/2)·tanθt；
△Yti＝Yt偏－La·cos(arctan(tan2θt+tan2Φt)1/2)·tanΦt；
其中La为工作起始点无人机重心到光电位置传感器装置16b感应面距离。
(△Xti，△Yti)即为无人机偏离航线的估计值(也即位置偏差)。
步骤五：悬停第二站数据采集
当激光雷达到达设定的采集位置Z2估计时，悬停摄像拍摄、激光雷达数据采集。IMU模块10输出翻滚角Φ2、俯仰角θ2与偏航角Ψ2(所有角度逆时针转为正)，激光雷达扫描仪输出到底坑的高度为H2。
Z2估计＝H2·cos(arctan(tan2θ2+tan2Φ2)1/2)±Lb·sin(arctan(tan2θ2+tan2Φ2)1/2)－(Lc－Lc·cos(arctan(tan2θ2+tan2Φ2)1/2))
其中Lb为激光雷达光束中心到下直角发射棱镜5放射面的距离，Lc为摆臂7c、摆臂7d旋转轴线交汇点到激光雷达光束中心的距离。
悬停后，雷达云台7，相机云台9电机强加相应方向动力，防止激光雷达及相机随无人机倾斜、抖动。即摆臂7b绕支架7a左右旋转-Φ2，摆臂7c绕摆臂7b前后旋转-θ2；摆臂9c绕支架9b左右旋转-Φ2，摆臂式相机安装卡槽9d绕摆臂9c前后旋转-θ2。即相机及雷达恢复到初始化的位姿信息后，开始进行数据的采集。
此时光电位置传感器记录该位置相对处于激光光斑初始位置的偏差值(X2偏，Y2偏)，激光雷达6通过下发射直角棱镜5测出到底坑的精确距离为Z2精。
且激光雷达数据X2i＝r2icosεi+X2偏，Y2i＝r2isinεi+Y2偏。
其中r2i为第二站激光雷达各线束光在一个周期扫描中返回的距离值。第二站采集数据的高度为Z2精。
同时相机云台9中旋转柱9a旋转360°进行井道的图像数据采集。
数据采集完成后，摆臂7b绕支架7a左右旋转Φ2，摆臂7c绕摆臂7b前后旋转θ2；摆臂9c绕支架9b左右旋转Φ2，摆臂式相机安装卡槽9d绕摆臂9c前后旋转θ2。即相机及雷达恢复相对无人机机体不变的位姿。
步骤六：重复起飞、悬定
第二站数据采集完毕后，无人机再起飞。到达设定的采集位置Zn估计时定点悬停工作。
IMU模块10输出翻滚角Φn、俯仰角θn与偏航角Ψn(所有角度逆时针转为正)，激光雷达扫描仪输出到底坑的高度为Hn。
n站悬停高度估计值Zn估计＝Hn·cos(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2)±Lb·sin(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2)－(Lc－Lc·cos(arctan(tan2θn+tan2Φn)1/2))
悬停后，雷达云台7，相机云台9电机强加相应方向动力，防止激光雷达及相机随无人机倾斜、抖动。即摆臂7b绕支架7a左右旋转-Φn，摆臂7c绕摆臂7b前后旋转-θn；摆臂9c绕支架9b左右旋转-Φn，摆臂式相机安装卡槽9d绕摆臂9c前后旋转-θn。即相机及雷达恢复到初始化的位姿信息后，开始进行数据的采集。
Zn精为n站激光雷达6通过下发射直角棱镜5测出到底坑的精确距离为Zn精，即第n站采集数据的高度为Zn精且激光雷达数据Xni＝rnicosεi+Xn偏；Yni＝rni sinεi+Yn偏。(Xn偏，Yn偏)为光电位置传感器记录n站激光雷达相对处于激光光斑初始位置的偏差值。
同时相机云台9中旋转柱9a旋转360°进行井道的图像数据采集。
数据采集完成后，摆臂7b绕支架7a左右旋转Φn，摆臂7c绕摆臂7b前后旋转θn；摆臂9c绕支架9b左右旋转Φn，摆臂式相机安装卡槽9d绕摆臂9c前后旋转θn。即相机及雷达恢复相对无人机机体不变的位姿。
重复起飞、定点悬停工作，直达所有站点采集完成或当离顶层楼层预设安全距离ZS估(此值由上直角发射棱镜4输出值融合IMU估算出)进行最后一站采集工作。
步骤七：回航着陆
回航过程也可以添加回航过程中的数据采集工作，也可以直接回航着陆。直接回航着陆或异常情况下紧急着陆可以依靠激光雷达进行避障策略的导航。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
输出上升指令，并在无人机本体处于初始站点的情况下，获取无人机本体的初始位置信息；
获取飞行过程中无人机本体的当前位置信息，并处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差；
根据位置偏差，修正无人机本体的上升航线；
检测到无人机本体根据修正后的上升航线到达下一站点，进入当前站点的点云数据和图像数据的采集流程；并在完成采集流程的情况下，输出起飞指令直至所有上升站点均完成采集流程；起飞指令用于指示无人机本体从当前站点移动至下一站点。
在一个实施例中，处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差的步骤被处理器执行时还实现以下步骤：
将第一当前水平坐标和第一初始水平坐标的坐标差值，确认为位置偏差。
在一个实施例中，处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差的步骤被处理器执行时还实现以下步骤：
获取预设时长内的第一当前水平坐标，并根据各第一当前水平坐标得到平均水平坐标；
将平均水平坐标和第一初始水平坐标的坐标差值，确认为位置偏差。
在一个实施例中，获取无人机本体的初始位置信息的步骤被处理器执行时还实现以下步骤：
通过激光雷达获取线束光在一个扫描周期中返回的初始距离值和初始扫描角度；
根据初始距离值和初始扫描角度，得到第一初始水平坐标；
在一个实施例中，获取飞行过程中无人机本体的当前水平位置的步骤被处理器执行时还实现以下步骤：
通过激光雷达获取线束光在一个扫描周期中返回的当前距离值；
通过惯性测量单元获取无人机本体的姿态变化量；姿态变化量包括翻滚角和俯仰角；
根据当前距离值、翻滚角和俯仰角，得到第一当前水平坐标。
在一个实施例中，获取无人机本体的初始位置信息的步骤被处理器执行时还实现以下步骤：
获取光电位置传感器传输的初始位置坐标，并将初始位置坐标确认为第二初始水平坐标；其中，光电位置传感器设于无人机本体上；初始位置坐标为无人机本体到达初始站点的情况下，光电位置传感器响应于激光发射装置发出的激光得到。
在一个实施例中，获取飞行过程中无人机本体的当前水平位置的步骤被处理器执行时还实现以下步骤：
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
获取光电位置传感器传输的当前位置坐标，并通过惯性测量单元获取无人机本体的姿态变化量；姿态变化量包括翻滚角和俯仰角；当前位置坐标为飞行过程中光电位置传感器、响应于激光发射装置发出的激光得到；
获取无人机本体重心与光电位置传感器的感应面的距离值；
处理当前位置坐标、距离值、翻滚角以及俯仰角，得到第二当前水平坐标。
在一个实施例中，处理初始位置信息和当前位置信息，得到位置偏差的步骤被处理器执行时还实现以下步骤：
将第二当前水平坐标和第二初始水平坐标的坐标差值，确认为位置偏差。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
在所有上升站点均完成采集流程的情况下，进入返航流程。
在一个实施例中，返航流程被处理器执行时还实现以下步骤：
输入下降指令，根据位置偏差，修正无人机本体的下降航线；
检测到无人机本体根据修正后的下降航线到达下一站点，进入当前站点的点云数据和图像数据的采集流程；并在完成采集流程的情况下，输出下降指令直至所有站点均完成采集流程；下降指令用于指示无人机本体从当前站点移动至下一站点；
在所有下降站点均完成采集流程的情况下，进入着陆流程。
在一个实施例中，检测到所述无人机本体根据修正后的上升航线到达下一站点的步骤被处理器执行时还实现以下步骤：
通过惯性测量单元获取所述无人机本体的姿态变化量；所述姿态变化量包括翻滚角和俯仰角；
获取激光雷达输出的所述无人机本体与底坑的第一距离、所述激光雷达的光束中心到下直角发射棱镜放射面的第二距离以及各摆臂的旋转轴线交汇点到所述光束中心的第三距离；其中，所述下直角发射棱镜和所述激光雷达均设于任一所述摆臂上；所述摆臂设于所述无人机本体，且用于摆动所述激光雷达；
处理所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离、所述翻滚角和所述俯仰角，得到所述无人机本体的当前高度；
若所述当前高度与所述下一站点的高度相同，则确认所述无人机本体根据修正后的上升航线到达所述下一站点。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线式动态随机存储器(Rambus DRAM，简称RDRAM)、以及接口动态随机存储器(DRDRAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (14)
1.一种无人机的井道巡检导航方法，其特征在于，包括步骤：
输出上升指令，并在无人机本体处于初始站点的情况下，获取所述无人机本体的初始位置信息；
获取飞行过程中所述无人机本体的当前位置信息，并处理所述初始位置信息和所述当前位置信息，得到位置偏差；
根据所述位置偏差，修正所述无人机本体的上升航线；
检测到所述无人机本体根据修正后的上升航线到达下一站点，进入当前站点的点云数据和图像数据的采集流程；并在完成所述采集流程的情况下，输出起飞指令直至所有上升站点均完成所述采集流程；所述起飞指令用于指示所述无人机本体从所述当前站点移动至下一站点；
其中，检测到所述无人机本体根据修正后的上升航线到达下一站点的步骤包括：
通过惯性测量单元获取所述无人机本体的姿态变化量；所述姿态变化量包括翻滚角和俯仰角；
获取激光雷达输出的所述无人机本体与底坑的第一距离、所述激光雷达的光束中心到下直角发射棱镜放射面的第二距离以及各摆臂的旋转轴线交汇点到所述光束中心的第三距离；其中，所述下直角发射棱镜和所述激光雷达均设于任一所述摆臂上；所述摆臂设于所述无人机本体，且用于摆动所述激光雷达；
基于以下公式，处理所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离、所述翻滚角和所述俯仰角，得到所述无人机本体的当前高度：
Z＝H·cos(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2)±Lb·sin(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2)－(Lc－Lc·cos(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2))；
其中，Z为所述当前高度；θ为所述俯仰角；Φ为所述翻滚角；H为所述第一距离；Lb为所述第二距离；Lc为所述第三距离；
若所述当前高度与所述下一站点的高度相同，则确认所述无人机本体根据修正后的上升航线到达所述下一站点。
2.根据权利要求1所述的无人机的井道巡检导航方法，其特征在于，所述当前位置信息包括井道四壁相对于所述无人机本体的第一当前水平坐标；所述初始位置信息包括所述井道四壁相对于所述无人机本体的第一初始水平坐标；
处理所述初始位置信息和所述当前位置信息，得到位置偏差的步骤包括：
将所述第一当前水平坐标和所述第一初始水平坐标的坐标差值，确认为所述位置偏差。
3.根据权利要求2所述的无人机的井道巡检导航方法，其特征在于，处理所述初始位置信息和所述当前位置信息，得到位置偏差的步骤包括：
获取预设时长内的所述第一当前水平坐标，并根据各所述第一当前水平坐标得到平均水平坐标；
将所述平均水平坐标和所述第一初始水平坐标的坐标差值，确认为所述位置偏差。
4.根据权利要求2所述的无人机的井道巡检导航方法，其特征在于，获取所述无人机本体的初始位置信息的步骤，包括：
通过激光雷达获取线束光在一个扫描周期中返回的初始距离值和初始扫描角度；
根据所述初始距离值和所述初始扫描角度，得到所述第一初始水平坐标；
获取飞行过程中所述无人机本体的当前水平位置的步骤，包括：
通过激光雷达获取线束光在一个扫描周期中返回的当前距离值；
通过惯性测量单元获取所述无人机本体的姿态变化量；所述姿态变化量包括翻滚角和俯仰角；
根据所述当前距离值、所述翻滚角和所述俯仰角，得到所述第一当前水平坐标。
5.根据权利要求1所述的无人机的井道巡检导航方法，其特征在于，所述初始位置信息包括所述无人机本体相对于激光发射装置的第二初始水平坐标；其中，所述激光发射装置设于井道底坑；
获取所述无人机本体的初始位置信息的步骤，包括：
获取光电位置传感器传输的初始位置坐标，并将所述初始位置坐标确认为所述第二初始水平坐标；其中，所述光电位置传感器设于所述无人机本体上；所述初始位置坐标为无人机本体到达初始站点的情况下，所述光电位置传感器响应于所述激光发射装置发出的激光得到。
6.根据权利要求5所述的无人机的井道巡检导航方法，其特征在于，所述当前位置信息包括所述无人机本体相对于激光发射装置的第二当前水平坐标；
获取飞行过程中所述无人机本体的当前水平位置的步骤，包括：
获取光电位置传感器传输的当前位置坐标，并通过惯性测量单元获取所述无人机本体的姿态变化量；所述姿态变化量包括翻滚角和俯仰角；所述当前位置坐标为飞行过程中所述光电位置传感器、响应于所述激光发射装置发出的激光得到；
获取所述无人机本体重心与所述光电位置传感器的感应面的距离值；
处理所述当前位置坐标、所述距离值、所述翻滚角以及所述俯仰角，得到所述第二当前水平坐标。
7.根据权利要求6所述的无人机的井道巡检导航方法，其特征在于，处理所述当前位置坐标、所述距离值、所述翻滚角以及所述俯仰角，得到所述第二当前水平坐标的步骤中，基于以下公式得到所述第二当前水平坐标：
Xti＝Xt偏－La·cos(arctan(tan2θt+tan2Φt)1/2)·tanθt；
Yti＝Yt偏－La·cos(arctan(tan2θt+tan2Φt)1/2)·tanΦt；
其中，Xti为所述第二当前水平坐标的横坐标；Yti为所述第二当前水平坐标的纵坐标；La为所述距离值；θt为所述俯仰角；Φt为所述翻滚角。
8.根据权利要求6所述的无人机的井道巡检导航方法，其特征在于，处理所述初始位置信息和所述当前位置信息，得到位置偏差的步骤包括：
将所述第二当前水平坐标和所述第二初始水平坐标的坐标差值，确认为所述位置偏差。
9.根据权利要求1至8任一项所述的无人机的井道巡检导航方法，其特征在于，还包括步骤：
在所有上升站点均完成所述采集流程的情况下，进入返航流程。
10.根据权利要求9所述的无人机的井道巡检导航方法，所述返航流程包括：
输入下降指令，根据所述位置偏差，修正所述无人机本体的下降航线；
检测到所述无人机本体根据修正后的下降航线到达下一站点，进入当前站点的点云数据和图像数据的采集流程；并在完成所述采集流程的情况下，输出下降指令直至所有站点均完成所述采集流程；所述下降指令用于指示所述无人机本体从所述当前站点移动至下一站点；
在所有下降站点均完成所述采集流程的情况下，进入着陆流程。
11.一种无人机的井道巡检导航装置，其特征在于，包括：
初始位置信息获取模块，用于输出上升指令，并在无人机本体处于初始站点的情况下，获取所述无人机本体的初始位置信息；
位置偏差获取模块，用于获取飞行过程中所述无人机本体的当前位置信息，并处理所述初始位置信息和所述当前位置信息，得到位置偏差；
修正模块，用于根据所述位置偏差，修正所述无人机本体的飞行航线；
采集模块，用于检测到所述无人机本体根据修正后的飞行航线到达下一站点，进入当前站点的点云数据和图像数据的采集过程；并在完成所述采集过程的情况下，输出起飞指令直至所有站点均完成所述采集过程；所述起飞指令用于指示所述无人机本体从所述当前站点移动至下一站点；
其中，采集模块包括：
姿态变化量获取单元，用于通过惯性测量单元获取所述无人机本体的姿态变化量；所述姿态变化量包括翻滚角和俯仰角；
距离计算单元，用于获取激光雷达输出的所述无人机本体与底坑的第一距离、所述激光雷达的光束中心到下直角发射棱镜放射面的第二距离以及各摆臂的旋转轴线交汇点到所述光束中心的第三距离；其中，所述下直角发射棱镜和所述激光雷达均设于任一所述摆臂上；所述摆臂设于所述无人机本体，且用于摆动所述激光雷达；
高度计算单元，用于基于以下公式，处理所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离、所述翻滚角和所述俯仰角，得到所述无人机本体的当前高度：
Z＝H·cos(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2)±Lb·sin(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2)－(Lc－Lc·cos(arctan(tan2θ+tan2Φ)1/2))；
其中，Z为所述当前高度；θ为所述俯仰角；Φ为所述翻滚角；H为所述第一距离；Lb为所述第二距离；Lc为所述第三距离；
站点到达确认单元，用于若所述当前高度与所述下一站点的高度相同，则确认所述无人机本体根据修正后的上升航线到达所述下一站点。
12.一种无人机，包括无人机本体、设于所述无人机本体上的存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至10中任一项所述方法的步骤。
13.根据权利要求12所述的无人机，其特征在于，还包括设于所述无人机本体上的激光雷达、光电位置传感器、惯性测量单元和图像采集设备；
所述处理器分别连接所述激光雷达、所述光电位置传感器、所述惯性测量单元和所述图像采集设备。
14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至10中任一项所述的方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011228810.4A CN112327898B (zh) | 2020-11-06 | 2020-11-06 | 无人机的井道巡检导航方法、装置和无人机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011228810.4A CN112327898B (zh) | 2020-11-06 | 2020-11-06 | 无人机的井道巡检导航方法、装置和无人机 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112327898A CN112327898A (zh) | 2021-02-05 |
| CN112327898B true CN112327898B (zh) | 2023-08-29 |
Family
ID=74316246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011228810.4A Active CN112327898B (zh) | 2020-11-06 | 2020-11-06 | 无人机的井道巡检导航方法、装置和无人机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112327898B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113359829B (zh) * | 2021-06-10 | 2022-12-09 | 西安图迹信息科技有限公司 | 一种基于大数据的无人机电厂智能巡检方法 |
| CN114217626B (zh) * | 2021-12-14 | 2022-06-28 | 集展通航(北京)科技有限公司 | 一种基于无人机巡检视频的铁路工程检测方法和*** |
| CN117707206B (zh) * | 2024-02-06 | 2024-05-14 | 天津云圣智能科技有限责任公司 | 无人机航测作业方法、装置及计算机存储介质 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104843176A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-08-19 | 武汉大学 | 一种用于桥梁隧道自动巡检旋翼无人机***及导航方法 |
| WO2016065623A1 (en) * | 2014-10-31 | 2016-05-06 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Systems and methods for surveillance with visual marker |
| JP2017128440A (ja) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | 株式会社日立ビルシステム | エレベーター用点検装置及びエレベーター用点検システム |
| CN107783106A (zh) * | 2016-08-25 | 2018-03-09 | 大连楼兰科技股份有限公司 | 无人机与障碍物之间的数据融合方法 |
| JP2018144981A (ja) * | 2017-03-07 | 2018-09-20 | 株式会社日立ビルシステム | エレベーター用点検装置、エレベーター用点検システム、その制御方法及び端末装置 |
| CN109101039A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-12-28 | 太原理工大学 | 立井检测方法及*** |
| CN109189088A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-11 | 中南林业科技大学 | 系留式无人机自适应巡航跟踪方法、终端及存储介质 |
| EP3489184A1 (en) * | 2017-11-28 | 2019-05-29 | Otis Elevator Company | Hoistway inspection device |
| JP2020040781A (ja) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | 株式会社日立ビルシステム | 計測システム、及び、計測方法 |
| JP6720382B1 (ja) * | 2019-04-24 | 2020-07-08 | 東芝エレベータ株式会社 | エレベータシステム、これに用いる無人飛行体、およびエレベータの点検前処理方法 |
| CN111573461A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-08-25 | 迅达（中国）电梯有限公司 | 电梯维护*** |
| WO2020202289A1 (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 三菱電機株式会社 | 物流システムおよび無人飛行体 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3085659B1 (en) * | 2015-04-23 | 2017-12-06 | KONE Corporation | An arrangement and a method for measuring the position of an installation platform in an elevator shaft |
| CA2986526C (en) * | 2017-07-31 | 2023-10-17 | Queen's University At Kingston | Autorotating unmanned aerial vehicle surveying platform |
-
2020
- 2020-11-06 CN CN202011228810.4A patent/CN112327898B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016065623A1 (en) * | 2014-10-31 | 2016-05-06 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Systems and methods for surveillance with visual marker |
| CN104843176A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-08-19 | 武汉大学 | 一种用于桥梁隧道自动巡检旋翼无人机***及导航方法 |
| JP2017128440A (ja) * | 2016-01-22 | 2017-07-27 | 株式会社日立ビルシステム | エレベーター用点検装置及びエレベーター用点検システム |
| CN107783106A (zh) * | 2016-08-25 | 2018-03-09 | 大连楼兰科技股份有限公司 | 无人机与障碍物之间的数据融合方法 |
| JP2018144981A (ja) * | 2017-03-07 | 2018-09-20 | 株式会社日立ビルシステム | エレベーター用点検装置、エレベーター用点検システム、その制御方法及び端末装置 |
| EP3489184A1 (en) * | 2017-11-28 | 2019-05-29 | Otis Elevator Company | Hoistway inspection device |
| CN109101039A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-12-28 | 太原理工大学 | 立井检测方法及*** |
| CN109189088A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-11 | 中南林业科技大学 | 系留式无人机自适应巡航跟踪方法、终端及存储介质 |
| JP2020040781A (ja) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | 株式会社日立ビルシステム | 計測システム、及び、計測方法 |
| WO2020202289A1 (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 三菱電機株式会社 | 物流システムおよび無人飛行体 |
| JP6720382B1 (ja) * | 2019-04-24 | 2020-07-08 | 東芝エレベータ株式会社 | エレベータシステム、これに用いる無人飛行体、およびエレベータの点検前処理方法 |
| CN111573461A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-08-25 | 迅达（中国）电梯有限公司 | 电梯维护*** |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 桥梁检测无人机控制技术研究;屈利伟;中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑(第01（2019）期);第C034-1494页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112327898A (zh) | 2021-02-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112327898B (zh) | 无人机的井道巡检导航方法、装置和无人机 | |
| JP7260269B2 (ja) | 航空非破壊検査用の測位システム | |
| US8666571B2 (en) | Flight control system for flying object | |
| WO2021013110A1 (zh) | 一种基于目标跟踪的无人机避障方法、装置及无人机 | |
| CN106979773B (zh) | 表面测绘设备、3d坐标确定方法、计算机可读存储介质 | |
| EP2818958B1 (en) | Flying vehicle guiding system and associated guiding method | |
| US20190273909A1 (en) | Methods and systems for selective sensor fusion | |
| JP6326237B2 (ja) | 測定システム | |
| JP2017144784A (ja) | 飛行計画作成方法及び飛行体誘導システム | |
| CN111670419A (zh) | 用于自主导航的主动补充曝光设置 | |
| US20180147998A1 (en) | Aerial Photogrammetric Device And Aerial Photogrammetric Method | |
| JP2017065467A (ja) | 無人機およびその制御方法 | |
| JP2015037937A (ja) | 飛行体の飛行制御システム | |
| CN112363176B (zh) | 电梯井道巡检及建模方法、装置和巡检建模*** | |
| CN110427042A (zh) | 基于超声波和双目视觉的无人机低空避障方法 | |
| CN112478968B (zh) | 电梯井道巡检控制方法、装置、***和存储介质 | |
| CN115718298A (zh) | Ugv和uav自动提供其激光雷达数据参照进行3d探测的*** | |
| US20220099442A1 (en) | Surveying System | |
| JP7278578B2 (ja) | 飛行体 | |
| JP2023099565A (ja) | 飛行体、点検方法及び点検システム | |
| US20240045449A1 (en) | Method for controlling a drone along a shaft | |
| CN114942421A (zh) | 一种全向扫描的多线激光雷达自主定位装置及方法 | |
| JP2018138922A (ja) | 測定システム | |
| CN114554030B (zh) | 设备检测***以及设备检测方法 | |
| US20210387743A1 (en) | Flight vehicle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |